рис. 10.4 Классификация экранов для отвода тепла излучением
Использование экранов позволяет не только нижать местные перегревы в блоках, но и выравнивать температурное поле внутри блока.
10.2.3 Теплопередача конвекцией
происходит в среде газа, воздуха или жидкостей, соприкасающихся с нагретыми или охлажденными поверхностями твердого тела.
Процесс теплопередачи конвекцией определяется законом Ньютона:
(10.6)
где Qk - мощность передаваемая в виде тепла, Вт
ak - коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/м*м*к
Sk - площадь теплоотводящей поверхности, м*м
T1,T2 - температура нагретого тела и окружающей среды соответственно, к.
Конвекцию различают свободную (естественную) и принудитильную.
10.3 Общий случай теплопередачи
Для получения уравнения теплопередачи в общем случае используют закон сохранения тепловой энергии, рассеиваимой активными элементами внутри прибора, передаваемой стенкой приборного корпуса и от стенок в окружающую среду.
Термическим сопротивлением b/(S*l) в (10.2) для тонких стенок с большим коэффициентом теплопроводности пренебрегают, тогда:
(10.7)
где Sk - теплоотводящая площадь прибора, ее размеры определяются:
а,b - горизонтальные пластины, h - вертикальные пластины.
Эти же плоскости с учетом коэфф. заполнения прибора блоками (Кз) образует площаль поверхности условно нагретой зоны:
(10.8)
Произведение коэффициента теплопередачи и теплоотводящей площади называют тепловой проводимостью ,
тогда (10.7) примет вид:
(10.9)
Это уравнение раскрывает связь между температурой нагретой зоны (Тз), стенок прибора (То) и окружающей среды (Тс)
(10.10)
(10.11)
(10.12)
Температура нагретой зоны определяется из максимально допустимой температуры для наименее теплостойких элементов ЭВА.
10.4 Способы охлаждения ЭВА
Естественное охлаждение прибора осуществляется за счет свободной конвекции окружающего воздуха, омывающего наружные стенки приборного корпуса.
Естественная вентиляция осуществляется за счет свободной конвекции окружающего воздуха, поступающего во внутреннюю полость прибора через вентиляционные отверстия, расположенные снизу и сверху прибора.
Принудительная вентиляция осуществляется потоком холодного воздуха с необходимым скоростным напором.
Принудительная вентиляция может быть местной или общей.
Местная осуществляется вентилятором, установленным внутри прибора в местах наибольщего скопления тепла или непосредственно у входных или выходных вентиляционных отвестий стойки(блока). Общая - при подключении комплекса приборных стоек к общей вентиляционной системе.
По характеру работы принудительная вентиляция бывает:
1) приточная
2)вытяжная
3)приточно-вытяжная
10.5 Выбор способа охлаждения
Точный расчет тепловых режимов связан с большими затратами времени на вычисления. Такой расчет больше относиться к области теплотехники и выполняется ее специалистами. Конструктора ЭВА вполне удовлетворяет более краткий (прикидочный) расчет с точностью до 10-15%, основанный на принципе подобия.
Поверхность охлаждения прибора - площадью наружных стенок, дна и крышки корпуса.
Весьма важно уже вначале конструирования выявить значение удельной мощности тепловыделения прибора с тем, чтобы заранее выбрать наиболее целесообразный способ охлаждения.
Под удельной мощьностью тепловой нагрузки q понимают мощность теплового рассеяния Q с единицы площади охлаждения S, т.е. q = Q/S
Если известны удельная мощность тепловыделения и перепад температуы (Тз - Тс), то выбор способа охлаждения может быть выполнен с помощью диаграммы.
рис. 10.5 График приближенного определения необходимого способа охлаждения прибора
1,2,3 - интервалы даны для вертикального расположения блоков;
1’,2’,3’ - для горизонтального расположения блоков;
1-1’ - без вентиляции;
2-2’ -для естественной вентиляции;
3-3’ -принудительная вентиляция.
10.6 Системы охлаждения теплонагруженных элементов
При увеличении плотности компоновки ЭВА удельная мощность тепловыделения возрастает на столько, что естественные воздушные охлаждения становятся малоэффективными.
Повышение эффективности достигается увеличением теплоотводящей поверхности - созданием на ней ребер.
Такой способ интенсификации теплоотвода широко используется для охлаждения теплонагруженных элементов и узлов ЭВА.
Наиболее эффективным средством контактного отвода тепла являются
1) теплоотводящие радиаторы;
2) тепловые трубы;
3) термоэлектрические батареи
Тепловыводящие радиаторы с ребрами пластинчатой, ребристой, штырьковой м игольчатой форм.
Пластинчатые радиаторы изготавливают из листовой стали или листового проката алюминиевых сплавов толщиной от 2 до 6 мм.
Из-за сравнительно малой эффективности такие радиаторы используют ДЛя отвода тпла небольших мощностей.
Ребристые радиаторы при одинаковых размерах с пластинами более эффективны. Их изготавливают из алюминиевых или магниевых сплавов способом литья, споследующей обработкой контактных площадок до 6-7 класса чистоты поверхности.
Штырьковые радиаторы имеют более высокий коэффициент теплообмена, чем ребристые и изготавливаются преимущественно литьем под давлением.
Игольчатые радиаторы в несколько раз эффективнее штырьковых, однако сложность изготовления и сравнительно большая стоимость несколько сдерживают их применение.
Эффективность теплообмена радиаторов находиться в прямой зависимости от количества и размеров ребер, а также их взаимного расположения.
Наименьшая толщина ребра определяется технологическими возможностями литья, а минимальный размер между соседними плоскостями ребер рекомендуется делать не менее 4-6мм из-за необходимости образования на стенках рбер пограничного слоя охлаждающего воздуха наименьшей толщины.